【同步】高中物理一轮复习课后习题-第一章第5课时　实验一-探究小车速度随时间变化的规律

第5课时实验一：探究小车速度随时间变化的规律课时精练(分值：50分)1.(10分)实验小组利用如图甲所示的装置探究小车速度随时间变化的规律，打点计时器所接交流电源的频率为50Hz。(1)(2分)实验操作前，平衡阻力(选填“需要”或“不需要”)。

(2)(4分)规范操作后，得到一条纸带，以纸带上能够看清的某个点作为0点，每5个点取一个计数点，测量各计数点与0点的距离，如图乙所示，则纸带上打计数点2时小车速度大小v2=m/s；小车运动的加速度大小a=m/s2(结果均保留3位有效数字)。

(3)(4分)某次实验中交流电源的频率发生了变动，频率变成了49Hz，但做实验的同学仍按照50Hz进行数据处理，那么速度的测量值与实际值相比(选填“偏大”“偏小”或“不变”)，该误差属于(选填“系统”或者“偶然”)误差。

答案(1)不需要(2)0.5041.50(3)偏大系统解析(1)本实验是探究小车速度随时间变化的规律，因此不需要平衡阻力。(2)相邻两计数点间的时间间隔为T=0.1s，打计数点2时小车速度大小v2=x03−x加速度大小a=x06−2x039(3)根据频率与周期之间的关系T=1f可知，频率变小，则周期变大，发生相同位移所用的时间变长，因此仍按50Hz2.(8分)在探究小车速度随时间变化的规律的实验中，实验装置如图甲所示，某同学将电火花计时器接在频率为50Hz的电源上。在打出的纸带上每5个点取一个计数点，共取了1、2、3、4、5、6六个计数点，如图乙所示。(1)(2分)图甲中电火花计时器所接的电源为(选填“8V”或“220V”)交流电源。

(2)(2分)图乙中计数点2的读数为cm。

(3)(2分)打下图乙中计数点3时，小车的速度为m/s(结果保留2位有效数字)。

(4)(2分)该同学从每一个计数点处将纸带剪开分成几段，将这些纸带由短到长紧靠但不重叠地粘在坐标系中，如图丙所示，最后将纸带上端中心连起来，于是得到v-t图像，用该图像探究小车速度随时间变化的规律是否可行？(选填“可行”或“不可行”)。

答案(1)220V(2)3.65(3.64、3.66、3.67、3.68均可)(3)0.28(或0.27)(4)可行解析(1)电火花计时器接220V交流电源。(2)刻度尺最小刻度为毫米，估读一位，所以计数点2的读数为3.65cm。(3)打计数点3时，小车的速度大小为v=9.15cm−3.65cm2×0.1s(4)因为纸带的长度除以时间是这一段的平均速度，而平均速度可看成中间时刻的瞬时速度，因为剪后每条纸带对应的时间都是0.1s，所以可以用纸带的长度代替速度，所以此方案可行。3.(9分)(2022·辽宁卷·12)某同学利用如图所示的装置测量重力加速度，其中光栅板上交替排列着等宽度的遮光带和透光带(宽度用d表示)。实验时将光栅板置于光电传感器上方某高度，令其自由下落穿过光电传感器。光电传感器所连接的计算机可连续记录遮光带、透光带通过光电传感器的时间间隔Δt。(1)(2分)除图中所用的实验器材外，该实验还需要(填“天平”或“刻度尺”)；

(2)(2分)该同学测得遮光带(透光带)的宽度为4.50cm，记录时间间隔的数据如表所示；编号1遮光带2遮光带3遮光带…Δt/(×10-3s)73.0438.6730.00…根据上述实验数据，可得编号为3的遮光带通过光电传感器的平均速度大小为v3=m/s(结果保留两位有效数字)；

(3)(2分)某相邻遮光带和透光带先后通过光电传感器的时间间隔为Δt1、Δt2，则重力加速度g=(用d、Δt1、Δt2表示)；

(4)(3分)该同学发现所得实验结果小于当地的重力加速度，请写出一条可能的原因：。

答案(1)刻度尺(2)1.5(3)2(4)光栅板受到空气阻力的作用解析(1)该实验测量重力加速度，不需要天平测质量；需要用刻度尺测量遮光带(透光带)的宽度，故需要刻度尺。(2)根据平均速度的计算公式可知v=dΔt=4.50×10(3)根据匀变速直线运动的平均速度等于中间时刻的速度，有v1=dΔt1，v2=dΔt2，v2=可得g=2d(4)光栅板下落过程中受到空气阻力的影响，所以竖直向下的加速度小于重力加速度。4.(9分)物理实验课上，甲、乙两同学自主设计实验方案测当地的重力加速度，方案如下：甲同学的方案：(1)如图甲所示，将打点计时器固定在铁架台上，重物接上纸带，纸带穿过打点计时器。打开电源，释放纸带，让重物做自由下落运动，得到纸带。(2)(4分)打出的纸带如图乙所示，连续打出的实验点作为计数点1、2、3、4、5、6、7、8、9等，电源的频率为50Hz，实验时纸带的(选填“左”或“右”)端应和重物相连接，由纸带所示数据可算出当地的重力加速度为m/s2(结果保留两位有效数字)。

乙同学的方案：(3)如图丙所示，让小铁球从A点自由下落，下落过程中经过A点正下方的光电门B时，光电计时器记录下小球通过光电门时间t，注意：图中未画出光电门B所接计时器。(4)(2分)用螺旋测微器测量铁球的直径，如图丁所示，则其直径为d=mm；

(5)用刻度尺测量出AB之间距离h；(6)(3分)调整AB之间距离h，记录下小球通过光电门B的时间t，多次重复上述过程。以1t2为纵轴，以h为横轴，理论上，1t2-h图像为过原点直线，如图戊所示，其斜率为k0，则答案(2)右9.6(4)8.475(8.474或8.476均可)(6)k解析(2)重物做匀加速直线运动，相等时间间隔内通过的位移越来越大，则打点间距越来越大，可知实验时纸带的右端应和重物相连接；由题图乙纸带数据，可得x2=2.02cm，x7=3.94cm根据x7-x2=5gT2，则有g=x7−x25=9.6m/s2(4)螺旋测微器的精确值为0.01mm，由题图丙可知铁球的直径为d=8mm+47.5×0.01mm=8.475mm(6)小球经过光电门的挡光时间很短，可认为挡光过程的平均速度等于小球经过光电门时的速度，则有v=dt，根据运动学公式v2=2gh，联立可得1t2=2gd2h，可知1t2-h图像的斜率为k5.(14分)(2023·全国甲卷·23)某同学利用如图(a)所示的实验装置探究物体做直线运动时平均速度与时间的关系。让小车左端和纸带相连。右端用细绳跨过定滑轮和钩码相连。钩码下落，带动小车运动，打点计时器打出纸带。某次实验得到的纸带和相关数据如图(b)所示。(1)(4分)已知打出图(b)中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1s。以打出A点时小车位置为初始位置，将打出B、C、D、E、F各点时小车的位移Δx填到表中，小车发生相应位移所用时间和平均速度分别为Δt和v，表中ΔxAD=cm，vAD=cm/位移区间ABACADAEAFΔx(cm)6.6014.60ΔxAD34.9047.30v(cm/s)66.073.0v87.394.6(2)(2分)根据表中数据得到小车平均速度v随时间Δt的变化关系，如图(c)所示。在图中补全实验点。(3)(4分)从实验结果可知，小车运动的v-Δt图线可视为一条直线，此直线用方程v=kΔt+b表示，其中k=cm/s2，b=cm/s(结果均保留3位有效数字)。

(4)(4分)根据(3)中的直线方程可以判定小车做匀加速直线运动，得到打出A点时小车速度大小vA=，小车的加速度大小a=(结果用字母k、b表示)。

答案(1)24.0080.0(2)见解析图(3)70.059.0(4)b2k解析(1)根据纸带的数据可得ΔxAD=xAB+xBC+xCD=6.60cm+8.00cm+9.40cm=24.00cm，平均速度vAD=ΔxAD(2)根据第(1)小题结果补全实